基于直接數(shù)字式頻率合成器的spwm信號(hào)發(fā)生電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子電路技術(shù)和脈沖調(diào)制信號(hào)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于直接數(shù)字式頻率合成器的SPWM信號(hào)發(fā)生電路。
【背景技術(shù)】
[0002]正弦脈寬調(diào)制波(SPWM)，就是在脈寬調(diào)制波(PWM)的基礎(chǔ)上改變了調(diào)制脈沖方式，脈沖寬度時(shí)間占空比按正弦規(guī)律排列，這樣輸出波形經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臑V波可以做到正弦波輸出。它廣泛地用于直流交流逆變器、變頻器、交流電源等領(lǐng)域，通常在這些產(chǎn)品中都是利用SPWM信號(hào)激勵(lì)全橋變換電路，然后經(jīng)過(guò)低通濾波后得到正弦波信號(hào)，并通過(guò)整機(jī)信號(hào)輸出端輸出。
[0003]然而，在很多正弦脈寬調(diào)制相關(guān)產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域中，都對(duì)SPWM信號(hào)有著較高的技術(shù)要求。例如，在設(shè)備維修、儀表校準(zhǔn)和科學(xué)研宄等應(yīng)用場(chǎng)合，往往需要使用較大功率交流電源，要求該電源輸出信號(hào)的波形失真度低，輸出信號(hào)頻率的精確度高、穩(wěn)定性好、可變范圍大、分辨率小，輸出信號(hào)的幅度可控。若該交流電源采用SPWM方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，則要求SPWM信號(hào)還原的正弦信號(hào)具備波形失真度低，頻率精確度高、穩(wěn)定性好、可變范圍大、分辨率小，信號(hào)幅度可控。其中的研發(fā)技術(shù)的難點(diǎn)之一，就是如何生成滿足上述要求的SPWM信號(hào)。
[0004]在現(xiàn)有技術(shù)中，正弦脈寬調(diào)制波(SPWM)的生成方法，主要有硬件模擬電路與軟件編程兩種實(shí)現(xiàn)方式。硬件模擬電路生成方式較為傳統(tǒng)，其模擬電路主要由分立器件分別產(chǎn)生三角波與正弦波，然后通過(guò)比較器合成得到SPWM波形，這樣產(chǎn)生的SPWM信號(hào)的頻率和幅度精度都比較高，但缺點(diǎn)是缺乏控制的靈活性，因受到所選用模擬器件的限制其頻率可調(diào)范圍非常小(通常頻帶寬度僅為幾kHz)，并且無(wú)法通過(guò)程序控制來(lái)調(diào)節(jié)SPWM信號(hào)的頻率和幅度，因此不便于與程控系統(tǒng)相集成而組成閉環(huán)控制系統(tǒng)加以應(yīng)用。隨著微控制器的發(fā)展，DSP (Digital Signal Processor，數(shù)字信號(hào)處理器)、FPGA (Field Programmable GateArray，現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)、SOC (System on a Chip，系統(tǒng)級(jí)芯片，也稱為片上系統(tǒng))等先進(jìn)高速微處理器的出現(xiàn)，使得可以通過(guò)對(duì)微處理器進(jìn)行軟件編程，由微處理器實(shí)時(shí)計(jì)算直接輸出SPWM波形，軟件編程生成SPWM信號(hào)的方式可以節(jié)省大量的外部模擬電路，使電路系統(tǒng)得到簡(jiǎn)化，并且方便通過(guò)程序控制來(lái)對(duì)SPWM信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)；但是由于微處理器計(jì)算能力有限，由其直接計(jì)算得到的SPWM波形往往有著載波比低，波形失真大，信號(hào)穩(wěn)定性差，分辨率較大，系統(tǒng)資源占用率較高等缺點(diǎn)。
[0005]可以看到，由于現(xiàn)有技術(shù)中SPWM信號(hào)的生成采用純模擬電路方案的不足和純軟件編程方案的缺點(diǎn)，其產(chǎn)生的SPWM信號(hào)都難以同時(shí)滿足波形失真度低，信號(hào)頻率和幅度的精確度高，并且信號(hào)頻率的可調(diào)范圍大、穩(wěn)定度好、頻率分辨率小等技術(shù)要求，成為了限制正弦脈寬調(diào)制相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)性能發(fā)展的重要因素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于直接數(shù)字式頻率合成器的SPWM信號(hào)發(fā)生電路，其生成輸出的SPWM信號(hào)能夠滿足波形失真度低，信號(hào)頻率和幅度的精確度高，并且信號(hào)頻率的可調(diào)范圍大、穩(wěn)定度好、頻率分辨率小等技術(shù)要求，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中SPWM信號(hào)生成方案對(duì)限制正弦脈寬調(diào)制相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)性能發(fā)展造成限制的問(wèn)題。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
基于直接數(shù)字式頻率合成器的SPWM信號(hào)發(fā)生電路，包括晶體振蕩器、直接數(shù)字式頻率合成器、低通濾波器、分頻器、積分電路、脈寬調(diào)制器、同相門電路、反相門電路、第一上升沿延時(shí)電路、第二上升沿延時(shí)電路及四個(gè)與門電路；其中:
晶體振蕩器輸出CMOS電平的時(shí)鐘信號(hào)至直接數(shù)字式頻率合成器和分頻器的時(shí)鐘信號(hào)輸入端；
直接數(shù)字式頻率合成器的頻率設(shè)置輸入端連接至頻率設(shè)置數(shù)字信號(hào)源，幅值設(shè)置輸入端連接至幅值設(shè)置模擬信號(hào)源，直接數(shù)字式頻率合成器的正弦信號(hào)輸出端通過(guò)低通濾波器連接至脈寬調(diào)制器的調(diào)制信號(hào)輸入端；
分頻器的分頻信號(hào)輸出端連接至積分電路的信號(hào)輸入端，積分電路的三角波信號(hào)輸出端連接至脈寬調(diào)制器的載波信號(hào)輸入端；
脈寬調(diào)制器的SPWM信號(hào)輸出端分別連接至同相門電路和反相門電路的信號(hào)輸入端；同相門電路的同相信號(hào)輸出端通過(guò)第一上升沿延時(shí)電路分別連接至第一與門電路的一個(gè)信號(hào)輸入端和第二與門電路的一個(gè)信號(hào)輸入端；反向門電路的反相信號(hào)輸出端通過(guò)第二上升沿延時(shí)電路分別連接至第三與門電路的一個(gè)信號(hào)輸入端和第四與門電路的一個(gè)信號(hào)輸入端；第一上升沿延時(shí)電路和第二上升沿延時(shí)電路具有相同的傳輸延時(shí)；
第一與門電路、第二與門電路、第三與門電路、第四與門電路的另一個(gè)信號(hào)輸入端并聯(lián)連接至控制信號(hào)電平，第一與門電路、第二與門電路、第三與門電路和第四與門電路的輸出端輸出的四路SPWM信號(hào)分別去激勵(lì)全橋變換電路的左半橋上臂、右半橋下臂、左半橋下臂和右半橋上臂。
[0008]上述的SPWM信號(hào)發(fā)生電路中，作為進(jìn)一步改進(jìn)方案，還包括幅值設(shè)置模擬信號(hào)源電路；幅值設(shè)置模擬信號(hào)源電路包括交流電壓采樣變換電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和誤差放大器；交流電壓采樣變換電路的采樣輸入端并聯(lián)至由四個(gè)與門電路輸出的SPWM信號(hào)所激勵(lì)而輸出正弦波信號(hào)的整機(jī)信號(hào)輸出端，交流電壓采樣變換電路的電壓信號(hào)輸出端連接至誤差放大器的比較輸入端；數(shù)模轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號(hào)輸入端作為幅值設(shè)置程控信號(hào)的輸入端，數(shù)模轉(zhuǎn)換器的模擬信號(hào)輸出端連接至誤差放大器的基準(zhǔn)輸入端；誤差放大器的放大信號(hào)輸出端與直接數(shù)字式頻率合成器的幅值設(shè)置輸入端相連接。
[0009]上述的SPWM信號(hào)發(fā)生電路中，作為優(yōu)選方案，所述直接數(shù)字式頻率合成器采用型號(hào)為AD9850的DDS芯片。
[0010]上述的SPWM信號(hào)發(fā)生電路中，作為優(yōu)選方案，所述晶體振蕩器采用溫補(bǔ)晶體振蕩器。
[0011]相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果:
1、本發(fā)明基于直接數(shù)字式頻率合成器的SPWM信號(hào)發(fā)生電路，采用了直接數(shù)字式頻率合成器產(chǎn)生SPWM電路中的正弦波信號(hào)，能夠借助直接數(shù)字式頻率合成器的特點(diǎn)使正弦波信號(hào)的波形失真度、頻率精確度、頻率穩(wěn)定度、頻率分辨率、頻率范圍等指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。
[0012]2、本發(fā)明基于直接數(shù)字式頻率合成器的SPWM信號(hào)發(fā)生電路，由直接數(shù)字式頻率合成器產(chǎn)生正弦波信號(hào)，結(jié)合分頻器和積分電路產(chǎn)生的三角波信號(hào)使用自然采樣獲得的雙極性SPWM信號(hào)，由于三角波載波頻率的精確度和穩(wěn)定度由晶體振蕩器決定，能保證逆變還原的正弦波信號(hào)的失真最小。
[0013]3、在本發(fā)明的SPWM信號(hào)發(fā)生電路中，由于直接數(shù)字式頻率合成器提供了方便的數(shù)字程控輸出正弦波信號(hào)頻率的方式，還提供了輸出正弦波信號(hào)幅度的改變方式，因此配合整機(jī)電壓閉環(huán)控制，可實(shí)現(xiàn)整機(jī)輸出正弦波信號(hào)幅度的穩(wěn)定和程序控制。
[0014]4、本發(fā)明基于直接數(shù)字式頻率合成器的SPWM信號(hào)發(fā)生電路，一方面克服了現(xiàn)有技術(shù)中SPWM信號(hào)的生成采用純模擬電路方案的不足和純軟件編程方案的缺點(diǎn)，另一方面還同時(shí)保留了現(xiàn)有技術(shù)中純模擬電路方案和純軟件編程方案各自的優(yōu)點(diǎn)，使得輸出的SPWM信號(hào)能夠滿足波形失真度低，信號(hào)頻率和幅度的精確度高，并且信號(hào)頻率的可調(diào)范圍大、穩(wěn)定度好、頻率分辨率小等技術(shù)要求，能夠有效的幫助推動(dòng)SPWM應(yīng)用技術(shù)性能的發(fā)展。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明SPWM信號(hào)發(fā)生電路一種【具體實(shí)施方式】的構(gòu)架不意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明SPWM信號(hào)發(fā)生電路另一種【具體實(shí)施方式】的構(gòu)架示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)